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日本東京大學(xué)納米電子研究機(jī)構(gòu)宣布，采用可進(jìn)行位置控制的GaN類納米線量子點，在室溫下成功生成了單一光子。單一光子源是讓單個光子承載信息進(jìn)行量子信息處理的重要元件之一。該機(jī)構(gòu)這樣定位此次的成果：“向能發(fā)揮飛躍性計算能力的量子計算機(jī)的實用化邁出了第一步”（該機(jī)構(gòu)主任、東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所教授荒川泰彥）。

GaN納米線量子點圖。（a）為掃描型電子顯微鏡圖，（b）為透射型電子顯微鏡下的量子點部分透射圖，（c）為量子點納米線概念圖

已進(jìn)行位置控制的GaN類納米線量子點的形成技術(shù)

要使這項成果在量子信息處理用途上達(dá)到實用水平，必須有采用量子點的單一光子源，這些單一光子源要同時具備三個條件：“可在室溫下工作”、“能進(jìn)行位置控制”和“用普及材料實現(xiàn)”。第一個條件如果無法在室溫下工作，就需要使用大型冷卻裝置。關(guān)于第二個條件，集成多個元件制作電路時，必須進(jìn)行位置控制。而第三個條件——利用普及材料來實現(xiàn)，也對量子計算機(jī)的實用化十分重要。

以前也出現(xiàn)過可在室溫下工作或能夠進(jìn)行位置控制的采用量子點的單一光子源。但開發(fā)出同時具備上述三項條件的單一光子源“尚屬首次”（荒川）。其工作溫度為300K（27℃）。使用的材料是廣泛用于藍(lán)色LED及功率元件的GaN（氮化鎵）。

此次通過開發(fā)新型GaN類納米線量子點形成技術(shù)，實現(xiàn)了位置控制。具體做法如下：首先在藍(lán)寶石基板上層疊AlN膜和SiO2膜。然后采用電子束蝕刻技術(shù)，在打算形成GaN類納米線量子點的位置去掉SiO2膜，以形成直徑25n～100nm左右的開口部。此時該部分的AlN就會暴露出來。接下來再采用MOCVD法，在開口部選擇性生長GaN。最后會形成高1μm左右的納米線狀GaN，這樣便可在其頂端制作GaN類量子點。這種量子點具有很高的品質(zhì)，可獲得頂部鋒利的清晰發(fā)光光譜。

據(jù)東京大學(xué)介紹，除了量子計算機(jī)之外，此次的技術(shù)還適合應(yīng)用于實現(xiàn)通信安全的量子密碼通信領(lǐng)域。（作者：田中 直樹，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）